閆紅霞 山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司

2012 年，國家出臺了《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，其中指出，2015 年之后新建的煉焦?fàn)t二氧化硫（SO2）的排放濃度不得高于50mg/Nm3，氮氧化物的排放濃度不得高于500mg/Nm3，對于一些存在特別排放限制的地區(qū)，這兩項(xiàng)物質(zhì)的排放限額則分別需要低于30mg/Nm3和150mg/Nm3。倘若未切實(shí)落實(shí)針對焦?fàn)t的凈化措施，將難以滿足達(dá)標(biāo)排放要求。這不僅會影響相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的危害?；诖?，須得將行之有效的焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝貫徹落實(shí)。

1 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝凈化技術(shù)與工藝形式

1.1 干法脫硫技術(shù)

干法脫硫工藝與半干法脫硫工藝在實(shí)際應(yīng)用時，需要在煙道氣流內(nèi)噴射固體堿性吸收劑，或者是使得在堿性吸收劑中穿透焦?fàn)t煙氣的形式，使之與吸收劑之間相互接觸。一般情況下，無論在實(shí)際運(yùn)用的時候通過何種形式，焦?fàn)t煙氣中所存在的二氧化硫都會和固體堿性物質(zhì)之間產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成亞硫酸鹽或硫酸鹽。為了能夠加快上述反應(yīng)的效率，所使用的固體堿性物質(zhì)通常需要呈現(xiàn)出疏松或細(xì)碎的特征。此外，在半干法脫硫工藝實(shí)際應(yīng)用期間，還需要在煙道氣中添加適當(dāng)?shù)乃?，從而使得堿性物質(zhì)顆粒表層能夠生成一層液膜，在這一條件的支撐下，二氧化硫?qū)谄渲懈禹樌厝苋脒M(jìn)去，可以正向影響固體堿性物質(zhì)和脫硫的反應(yīng)效率。無論是干法脫硫技術(shù)中的脫硫吸收環(huán)節(jié)，還是處理產(chǎn)物環(huán)節(jié)，其所進(jìn)行的環(huán)境均為相對干燥的情況，并且此類處理工藝在使用期間不會明顯腐蝕設(shè)備，同時還可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)污水排放過程的有效規(guī)避。不僅如此，在煙氣處理的具體過程中，也不會發(fā)生明顯的溫度下降情況。因此，一般來說，干法脫硫工藝的運(yùn)用能夠使煙氣排放和擴(kuò)散變得更加簡單，但干法脫硫工藝在實(shí)際運(yùn)行期間，往往無法取得較高的脫硫效率，且脫硫劑的利用效率也不高，在凈化處理時還需要使用較為龐大的設(shè)備，占用過多空間。

1.2 濕法脫硫技術(shù)

就現(xiàn)階段在全球范圍內(nèi)不同國家所采用的焦?fàn)t煙氣濕法脫硫工藝而言，其所采用的技術(shù)類型、運(yùn)行機(jī)制以及工藝原理都存在著明顯的相似性。在實(shí)際應(yīng)用濕法脫硫技術(shù)的過程中，通常借助石灰、碳酸鈉和石灰石等材料，用上述材料充當(dāng)反應(yīng)用的洗滌劑，再使焦?fàn)t煙氣在反應(yīng)塔中加以洗滌，以此達(dá)到將焦?fàn)t煙氣所存在的二氧化硫高效除去的目的。當(dāng)前，濕法脫硫技術(shù)已經(jīng)有了數(shù)千年的應(yīng)用歷史，而且一直在經(jīng)過逐步的完善和改進(jìn)，時至今日，這種工藝已呈現(xiàn)了相當(dāng)完善的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，在實(shí)際使用中可以實(shí)現(xiàn)超過95%的脫硫效果，且回收反應(yīng)副產(chǎn)品的難度也較低。以濕法脫硫工藝中的石灰石-石膏脫硫技術(shù)作為案例，這種脫硫技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時所使用的吸收劑價格不高，因此，其在這一行業(yè)之中實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用范圍的擴(kuò)散。不僅如此，石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)在進(jìn)行期間吸收劑的利用效率和脫硫效率均可以達(dá)到較高水準(zhǔn)，特別是在一些二氧化硫含量較高的煙氣中，能夠取得理想的脫硫效果。

1.3 SCR 脫硫脫硝凈化工藝

SCR 指的是選擇性催化還原法，這種方法在實(shí)際應(yīng)用期間所選用的還原劑通常為氨，并依托于催化劑的功能，將焦?fàn)t煙氣之中存在的NOX還原為H20和N2，即對大氣不會產(chǎn)生污染的水和氮?dú)?。?dāng)溫度較低時，這一還原反應(yīng)的速度相對較慢，因此，一般會采用添加催化劑的形式來加快反應(yīng)速度。以催化器適用的煙氣溫度條件作為依據(jù)，能夠?qū)CR 凈化工藝劃分為三種類型：①高溫工藝，即焦?fàn)t煙氣自身溫度高于450℃；②中溫工藝，即焦?fàn)t煙氣自身溫度處于320 ～450℃；③低溫工藝，即焦?fàn)t言其自身溫度處于120 ～320℃。就現(xiàn)階段的工藝水準(zhǔn)來看，在眾多脫硝工藝之中，SCR 工藝是一種最為成熟且脫硝效率最為理想的凈化工藝。不僅如此，通過多種技術(shù)和設(shè)備的組合，SCR 同樣可以在脫硫方面發(fā)揮一定的效能。基于此，在針對焦?fàn)t煙氣開展脫硫脫硝凈化處理時，即可以使用SCR 工藝，一般來說，當(dāng)前具備代表性的SCR 脫硫脫硝工藝主要有SCR 脫硝及雙堿煙氣脫硫技術(shù)、SCR 脫硫塔+除塵器+加熱爐+SCR 脫硝的焦?fàn)t煙氣治理工藝。

1.3.1 SCR 脫硝及雙堿煙氣脫硫技術(shù)

在SCR 脫硝工藝實(shí)際應(yīng)用期間，主要是依托于催化劑的作用，將尿素、NH3一類的還原劑選擇性地與NOx 進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)之后生成無害的H2O 和N2，并非被O2氧化，所以，SCR 凈化工藝被稱為選擇性催化還原法。在SCR 脫硝工藝之中，主要的反應(yīng)方程式如下：

在SCR 脫硝工藝應(yīng)用期間，焦?fàn)t煙氣需要先后經(jīng)過氨水儲罐、氨水蒸發(fā)器、壓力變送器、噴氨格柵、SCR 反應(yīng)器、余熱鍋爐、脫硫塔進(jìn)行凈化處理，在完成化學(xué)反應(yīng)之后，即可以將潔凈的煙氣排放至大氣環(huán)境之中。

鈣鈉雙堿法煙氣脫硫工藝在應(yīng)用期間，需要通過具備可溶性的溶液作為吸收劑，對二氧化硫進(jìn)行吸收，能夠作為吸收劑的溶劑主要有NaOH 溶液和Na2CO3溶液。在完成二氧化硫的吸收之后，還需要借助石灰漿液，再生吸收液，其中，石灰漿液主要是作為第二堿。在吸收液再生之后，可以進(jìn)行重復(fù)應(yīng)用，節(jié)約這一方面所投入的成本。在這種工藝應(yīng)用期間，由于使用到了吸收劑和石灰漿液兩種物質(zhì)，并且其均為堿性物質(zhì)，因此這一處理工藝亦被稱為雙堿法。在雙堿法處理焦?fàn)t煙氣時，共涉及兩種反應(yīng)，分別是吸收反應(yīng)、再生反應(yīng)，所以，在這一方法之中，涉及兩個層面的化學(xué)方程式。吸收反應(yīng)化學(xué)方程式為：

在此期間，因?yàn)樗褂玫奈找簽殁c堿，所以在吸收系統(tǒng)之中，并不會在反應(yīng)之后出現(xiàn)沉淀物質(zhì)。

當(dāng)使用的再生劑為石灰漿液時，具體的再生反應(yīng)化學(xué)方程式為：

在經(jīng)過再生反應(yīng)之后，所生成的NaOH 液需要再次轉(zhuǎn)移至吸收系統(tǒng)之中，同時，在再生反應(yīng)之中所產(chǎn)生的CaSO3·1/2H2O（半水亞硫酸鈣）需要經(jīng)過壓縮空氣氧化處理，并由此產(chǎn)生，CaSO4·2H2O，即石膏，并將其轉(zhuǎn)移至脫水裝置之中進(jìn)行處理。

SCR 脫硝及雙堿煙氣脫硫技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用期間，具備如下技術(shù)特點(diǎn)。這一凈化技術(shù)所采用的吸收劑為鈉堿，此類物質(zhì)自身具備較強(qiáng)的活性，且有著較大的溶解度，在對焦?fàn)t煙氣進(jìn)行處理時，可以取得較高的脫硫效率。除此之外，憑借脫硫塔外石灰再生反映的形式，將以往石灰法應(yīng)用期間磨損和結(jié)垢情況發(fā)生可能性較大的局面實(shí)現(xiàn)了有效解決。脫硫溶液主要是鈉堿和Na 鹽的水溶液，這些溶液本身呈現(xiàn)出弱堿性或中性，在凈化焦?fàn)t煙氣的過程之中，不會對設(shè)備、管道和水泵等產(chǎn)生較為嚴(yán)重的腐蝕，為設(shè)備的保養(yǎng)和長久運(yùn)行提供了有利條件。

1.3.2 SCR 脫硫塔+除塵器+加熱爐+SCR 脫硝的焦?fàn)t煙氣治理工藝

在使用這種處理工藝凈化焦?fàn)t煙氣時，通常需要憑借脫硫塔、除塵器、氨氣、SCR 脫硝反應(yīng)塔、刮板機(jī)以及循環(huán)風(fēng)機(jī)，圖1 所示為其凈化工藝流程。

圖1 SCR脫硫塔+除塵器+加熱爐+SCR脫硝的焦?fàn)t煙氣治理工藝流程圖

在這一凈化工藝實(shí)際應(yīng)用的過程中，具體需要經(jīng)歷如下步驟。當(dāng)精洗煤從備煤車間運(yùn)輸而來，并進(jìn)入在焦化爐中燃燒時，能夠在950 ～1000℃溫度環(huán)境之下，將精洗煤進(jìn)行干餾。在這個過程中，高溫條件是造成焦炭煙氣之中存在氮氧化合物的主要條件。當(dāng)焦?fàn)t煙氣的溫度變化為180 ～300℃時，需要將其轉(zhuǎn)移至脫硫塔中，在經(jīng)過脫硫處理之后，需要將焦?fàn)t煙氣轉(zhuǎn)移至除塵器中，并使用加熱爐，對煙氣進(jìn)行加熱處理，再轉(zhuǎn)移至SCR 脫硝塔中，對煙氣進(jìn)行脫硝處理，在此之后，即可以將有害物質(zhì)含量達(dá)標(biāo)的煙氣排放至大氣環(huán)境之中。當(dāng)實(shí)際應(yīng)用這一處理系統(tǒng)時，熱風(fēng)機(jī)出口位置的煙氣溫度需要高于125℃，從而防止溫度較低損壞煙筒內(nèi)部部件。在對煙氣流量進(jìn)行控制時，則需要憑借循環(huán)風(fēng)機(jī)，通過變頻控制的手段加以調(diào)控。

2 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝凈化技術(shù)與工藝優(yōu)化措施

2.1 先脫硝再脫硫

自焦化煙囪之中排放出的煙氣第一步需要通過SCR 反應(yīng)器，完成脫硝處理，在此之后，其需要轉(zhuǎn)移至空氣換熱器之中，開展換熱處理，此后，經(jīng)過上述處理的煙氣需要轉(zhuǎn)移至余熱鍋爐之中。通過余熱回收之后，煙氣的溫度將會保持在160℃左右。接下來，煙氣需要轉(zhuǎn)移至脫硫塔之中，完成脫硫，經(jīng)過脫硫凈化處理之后的煙氣需要繼續(xù)在脫硫塔之中完成除霧處理，經(jīng)過這些工序的煙氣，即可以排放至大氣環(huán)境之中，換熱加溫之后的空氣需要轉(zhuǎn)移至原本的煙囪之中，開展煙囪熱備工作。這種焦?fàn)t煙氣處理工藝最突出的應(yīng)用優(yōu)勢在于，當(dāng)焦?fàn)t煙氣沒有通過處理之前，其溫度能夠與低溫SCR 脫硝工藝反映需求相滿足。在煙氣完成脫硝處理之后，能夠直接進(jìn)入余熱鍋爐，充分回收利用余熱。圖2 所示為該技術(shù)的凈化處理工藝流程。

圖2 焦?fàn)t煙氣先脫硝再脫硫工藝流程

這種先脫硝再脫硫的凈化處理工藝在實(shí)際應(yīng)用期間還存在一些問題，共涉及兩個方面：

①通常情況下，焦?fàn)t煙氣之中會含有焦油和SO2等物質(zhì)，而當(dāng)處于180 ～230℃的溫度區(qū)間時，二氧化硫?qū)c凈化系統(tǒng)之中的氨氣發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生硫酸氫氨和硫酸銨等物質(zhì)，這些銨鹽還會與煙氣中存在的焦油共同在催化劑表層吸附，一方面，這會加大反應(yīng)過程中的阻力，另一方面，催化劑自身的活性將會被削弱甚至是喪失，在一些情況下，還可能會對設(shè)備造成腐蝕作用，或者是將管道阻塞，影響焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝效果。若想將這一問題加以有效解決，相關(guān)工作人員可以在設(shè)計(jì)裝置的過程之中在其中添加相應(yīng)的熱風(fēng)解析系統(tǒng)以及焦油預(yù)處理系統(tǒng)等，將能夠在催化劑表層吸附的雜質(zhì)或焦油進(jìn)行有效去除。

②在該凈化工藝系統(tǒng)之中，所使用的脫硫方式一般是濕法脫硫，在此期間，反應(yīng)溫度通常為60℃左右，而經(jīng)過這種凈化技術(shù)處理之后的焦?fàn)t煙氣的溫度則保持在45℃左右，低于露點(diǎn)?；谶@種情況，一旦沒有對煙氣進(jìn)行加熱處理即從煙囪中排放，極有可能產(chǎn)生酸雨，這不僅會對煙囪造成腐蝕作用，同時還會對焦?fàn)t煙氣的擴(kuò)散效率產(chǎn)生不利影響。所以，需要將經(jīng)過脫硫脫硝凈化的煙氣進(jìn)行再一次的加熱，使之溫度達(dá)到130℃，基于此，需要保證焦?fàn)t煙囪始終處于熱備運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 先脫硫再脫硝

先脫硫再脫硝的處理技術(shù)在應(yīng)用的過程中，煙氣經(jīng)脫硫凈化處理之后，其中存在的二氧化硫?qū)淮蠓燃夷莻€地。在這種情況下，脫硝催化反應(yīng)期間所生成的硫酸氫氨和硫酸銨等物質(zhì)的含量將會被充分降低，催化劑的活性將會被有效保持，其使用年限也可以得到充分延長。不過，在先脫硫再脫硝的凈化處理工藝之中，所使用的脫硫方法切忌使用濕法脫硫，但是，盡管所使用的脫硫方法為干法脫硫，也會使得煙氣溫度下降10 ～20℃，這會影響到后續(xù)所進(jìn)行的脫硝反應(yīng)的有序性，如果在處理工藝之中引入煙氣加熱系統(tǒng)，也無法取得較高的余熱利用率。

伴隨著化工企業(yè)自身規(guī)模的逐步擴(kuò)大和不斷發(fā)展，其在生產(chǎn)期間對生態(tài)環(huán)境帶來的消極影響是不可忽視的，基于這種情況，怎樣實(shí)現(xiàn)化工企業(yè)污染排放規(guī)模的降低，是此類企業(yè)發(fā)展進(jìn)程中不可忽視的一項(xiàng)嚴(yán)峻問題。相關(guān)主體應(yīng)當(dāng)憑借正確的、恰當(dāng)?shù)拿撓趺摿騼艋に嚭图夹g(shù)，盡可能地縮減焦?fàn)t煙氣之中存在的有害物質(zhì)規(guī)模，在此基礎(chǔ)上達(dá)成減少其對環(huán)境污染的目的。除此之外，還需要立足于焦?fàn)t煙氣的處理難點(diǎn)和基本特征，深入分析現(xiàn)有的脫硫脫硝凈化技術(shù)，探尋優(yōu)化煙氣處理工藝的有效路徑，促進(jìn)相關(guān)企業(yè)的長久、健康發(fā)展。